项目名称: 强激光辐照下碳纤维复合材料的破坏机理与耦合效应研究

项目编号: No.11332011

项目类型: 重点项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 黄晨光

作者单位: 中国科学院力学研究所

项目金额: 335万元

中文摘要: 本项目针对无人机上普遍采用的碳纤维复合材料结构,开展强激光辐照下的破坏机理与流热固耦合效应研究。通过对激光辐照下碳纤维复合材料烧蚀机理研究、冲击破坏效应研究、热-力载荷下失效机理研究,发展能够反映强激光、碳纤维复合材料、绕流流场耦合作用的流热固耦合数值计算方法,获取破坏效应的主控参量、尺度律和相似准则,掌握固体激光器与风洞联合的激光破坏实验方法与测试技术,获取不同激光参数条件与来流条件下的碳纤维复合材料的破坏机理、失效判据与破坏阈值。本项目的学科意义在于促进包含化学、物理过程的流热固耦合问题的进展,丰富激光与物质相互作用这一前沿领域的内涵;工程意义在于为强激光束反制无人机提供定量化的分析方法与评估手段,获取实现高效毁伤的技术途径。

中文关键词: 强激光;破坏机理;冲击效应;烧蚀;流热固耦合

英文摘要: The project focuses on the damage mechanisms and coupling effects of carbon fiber-reinforced composites, which are widely adopted in UVA, when subjected to high power laser irradiation. Systemic researches on ablation behaviors and mechanisms, shock damage effects and mechanisms, and failure mechanisms under thermal-mechanical loadings, when carbon fiber-reinforced composites are irradiated by intensive laser, will be carried out. Correspondingly, the thermal-fluid-solid coupling analysis method, which is to characterize the interaction behavior among high power laser, carbon fiber-reinforced composites and fluid field, will be developed. The controlling non-dimensional parameters and similarity criteria of damage behavior will be obtained based on dimensional analysis and theoretical modeling. In addition, experimental methods and diagnostic techniques of laser damage, which is carried out by the combination of solid-state laser and wind tunnel, will be developed. Subsequently, damage mechanisms, failure criteria and damage thresholds of carbon fiber-reinforced composites in the cases of various laser parameters and flow conditions are acquired. The academic significance of the present project is promoting the progress of fluid-thermal-solid coupling problems, which include the chemical reactions and physical changes, and enriching the connotation of laser-matter interaction, which is a cutting-edge research area. On the other hand, the engineering contributions lie on the providing the quantitative analysis and evaluation methods, which are aimed to UVA countered by intense laser beam, and gaining the technological approaches of effective damage.

英文关键词: high power laser;damage mechanisms;shock effects;ablation;thermal-fluid-solid coupling

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